package com.lbc.graph;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.LinkedList;

//  图的DFS和BFS
public class Graph {

    private ArrayList<String> vertexList;  //  存储顶点集合
    private int[][] edges;  //  存储图对应的邻接聚餐矩阵
    private int numOfEdges;  //  表示边的数目
    //  定义一个数组boolean[]，记录某个节点是否被访问
    private boolean[] isVisited;

    public static void main(String[] args) {
        //  测试一把图是否创建ok
        int n = 5;  //  结点的个数
        String Vertexs[] = {"A","B","C","D","E"};
        //  创建图对象
        Graph graph = new Graph(n);
        //  循坏的添加我们的顶点
        for(String vertex: Vertexs) {
            graph.insertVertex(vertex);
        }
        //  添加边
        //  A-B A-C B-C B-D B-E
        graph.insertEdge(0,1,1);
        graph.insertEdge(0,2,1);
        graph.insertEdge(1,2,1);
        graph.insertEdge(1,3,1);
        graph.insertEdge(1,4,1);

        //  显示一把邻接矩阵
        graph.showGraph();

        //  测试 dfs 是否ok
//        System.out.println("深度遍历：");
//        graph.dfs();

        System.out.println();
        //  测试 bfs 是否ok
        System.out.println("广度遍历：");
        graph.bfs();
    }

    //  构造器
    public Graph(int n) {
        //  初始化矩阵和vertexList;
        edges = new int[n][n];
        vertexList = new ArrayList<String>(n);
        numOfEdges = 0;
        isVisited = new boolean[n];
    }
    //  图中常用的方法
    //  返回节点的个数
    public int getNumOfVertex() {
        return vertexList.size();
    }
    //  得到边的数目
    public int getNumOfEdges() {
        return numOfEdges;
    }
    //  返回节点i对应的数据  0->"A";1->"B";2->"C"
    public String getValueByIndex(int i) {
        return vertexList.get(i);
    }
    //  返回v1和v2的权值
    public int getWeight(int v1,int v2) {
        return edges[v1][v2];
    }
    //  显示图对应的矩阵
    public void showGraph() {
        for (int[] link : edges) {
            System.err.println(Arrays.toString(link));
        }
    }
    //  插入节点
    public void insertVertex(String vertex) {
        vertexList.add(vertex);
    }

    /**
     *     添加边
     * @param v1  表示点的下标，即是第几个顶点 如"A"->0;"B"->1
     * @param v2  第二个顶点的下标
     * @param weight 表示他们两点之间的关系
     */
    public void insertEdge(int v1, int v2, int weight) {
        edges[v1][v2] = weight;
        //  由于是无向图，所以还要反过来再写一遍
        edges[v2][v1] = weight;
    }

    //  DFS
    //  得到第一个邻接结点的下标 w
    /**
     *
     * @param index
     * @return  如果存在就返回对应的下标，否则返回-1
     */
    public int getFirstNeighbor(int index) {
        for (int j = 0; j < vertexList.size(); j++) {
            if (edges[index][j] > 0) {
                return j;
            }
        }
        return -1;
    }
    //  根据前一个邻接节点的下标来获取下一个邻接结点
    public int getNextNeighbor(int v1, int v2) {
        for (int j = v2 + 1; j < vertexList.size(); j++) {
            if (edges[v1][j] > 0) {
                return j;
            }
        }
        return -1;
    }
    //  深度优先遍历算法
    // i 第一次就是 0
    private void dfs(boolean[] isVisited, int i) {
        //  首先我们访问该节点
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
        isVisited[i] = true;
        //  查找节点i的第一个邻接结点w
        int w = getFirstNeighbor(i);
        while (w != -1) {  //  说明有
            if (!isVisited[w]) {  //  没被访问过，向下递归
                dfs(isVisited, w);
            }
            //  如果w这个节点已经被访问过
            w = getNextNeighbor(i,w);
        }
    }
    //  对dfs进行一个重载，遍历我们所有的节点，并进行dfs
    public void dfs() {
        //  遍历所有的节点，进行dfs[回溯](考虑非联通图)
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                dfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    //  对一个节点进行广度优先遍历的方法
    private void bfs(boolean[] isVisited, int i) {
        int u;  //  表示队列的头节点对应的下标
        int w;  //  邻接节点w
        //  队列，记录节点访问的顺序
        LinkedList queue = new LinkedList();
        //  访问节点，输出节点信息
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "=>");
        //  标记为已访问
        isVisited[i] = true;
        //  将节点加入队列
        queue.addLast(i);

        while (!queue.isEmpty()) {
            //  取出队列的头节点坐标
            u = (Integer)queue.removeFirst();
            //  得到第一个邻接节点的下标w
            w = getFirstNeighbor(u);
            while (w != -1) {  //  找到
                //  是否被访问过
                if (!isVisited[w]) {
                    System.out.print(getValueByIndex(w) + "=>");
                    //  标记已经访问
                    isVisited[w] = true;
                    //  入队
                    queue.addLast(w);
                }
                //  以u为前驱节点，找w后面的下一个邻节点
                w = getNextNeighbor(u,w);  //  体现我们的广度优先
            }
        }
    }
    //  遍历所有的节点，都进行广度优先搜索
    public void bfs() {
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                bfs(isVisited, i);
            }
        }
    }
}
